图 3-1 HSPICE 的电路分析类型 HSPICE具有丰富的电路分析功能,如图 3-1所示 。
同时HSPICE支持各种电路模型19 暨南大学硕士学位论文 半导体激光器高 。

46、速脉冲驱动电路的设计与实现 和用户自定义模型的模拟和仿真,其内建的电路模型如图 3-2所示 。
图 3-2 HSPICE 内建电路模型 从图中可以看出,HSPICE 的电路分析功能齐全,特别是支持蒙特卡罗分析(即容差分析)和最坏情况及参数变化分析,可以让使用者更准确地把握电路设计结果和实际情况的差异 。
除此之外,HSPICE 提供了相当广泛的元器件模型,并且提供了模型扩展接口,这使我们可以方便地创建新元件模型 。
并且由于 HSPICE 主要应用于 IC 设计领域,其内建的元件模型支持更接近真实的、更高级别的模拟水平,有利于提高仿真精确度 。
基于以上原因,论文选择 HSPICE作为半导体激光器高速脉冲驱动 。

47、电路的仿真工具 。
3.2 半导体激光器的大信号SPICE 模型 从2.1节对LD基本特性的介绍可知,要让LD产生高速脉冲激光,驱动电源必须能够在低阻负载上产生快速电流脉冲,因此,LD脉冲驱动电路本质上是一个大电流开关电4路。
为了用HSPICE工具详细地仿真驱动电路和LD负载,必须建立半导体激光器的电16路模型 。
其中LD大信号等效电路模型比较全面地反映了LD的特性 ,得到了广泛的应用 。
3.2.1 半导体激光器的大信号电路模型 17世界上第一个半导体激光器的电路模型是Tucker建立的 ,Tucker的LD大信号模型20 暨南大学硕士学位论文 半导体激光器高速脉冲驱动电路的设计与实现 17针对 。

48、注入式异质结半导体激光器,基于单模LD速率方程 ,即: dnq ?v? I ?I ?g ?S3-1 a tdtdS S ?q ?vaq ?vg ?S ?I 3-2 a edtp其中,q为电子电荷,v 是有源区体积,n、S 分别代表 p 型有源区中的过剩电子a密度和有源区中的光子密度,I 为 LD 的端电流,I 表示由于自发复合引起的二极管电t流,g为光增益 。
表示光子寿命,表示自发复合因子,I 表示由自发辐射引起的p eLD电流 。
17注入式半导体激光器的光电变化特性取决于有源区中的自发复合。
自发复合有两种,一种是非辐射自发复合nonradioactive spontaneous recomb 。

49、ination,非辐射自发复合不直接影响 LD 的光特性,但对电特性有重要影响;
另一种是自发辐射radioactive spontaneous recombination 。
式 3-1和 3-2定量的描述了 LD光电特性与自发复合之间的关系 。
其中,式 3-1 描述的是 LD 有源区中由电子注入和电荷存储效应引起的载流子变化,对应地,式 3-2则描述了有源区中光注入和光子存储效应引起的光子变化 。
17根据 Tuckey的推导 ,速率方程 3-1和 3-2可以变换为如下的形式,从而更直观的描述半导体激光器端电压、电流和出射光之间的关系: dVdIj2 1II ?bIC ?GS3-3 1 1 ns S 。

50、 ndt dtS dS2 n nGS aI ?bI ?C3-4 n 1 1 PR dtPS在上述二式中,S 是归一化光子密度,S,其中S 为常数;
自发复合电流In n c tSc2 17分解为II ?bI ,b是被有源区体积v 、载流子寿命确定的常数 ,I 满足: t 1 1 a n 1qv naI 3-5 1ns21 暨南大学硕士学位论文 半导体激光器高速脉冲驱动电路的设计与实现 2自发辐射电流I ?aI ?bI ,其中a是被、确定的常数 。
e 1 1 s n在式 3-3中,载流子存储效应引起的端电流变化体现为电容C 的影响,C 表示 LDS S1Vj2C ?C 1异质结的空间电荷电容,有。

51、,V 为异质结电压,C 为零偏压空间电荷S 0 j 0VD电容,V 为二极管内建电势 。
D同样地,在式 3-4 中用电容C 来表征光子存储效应对出射光功率的影响,有PPC ?q ?v ?S ,并且Gg ?C ,R 。
P a c P PCP根据式 3-3和 3-4就可以直观地建立异质结LD的大信号电路模型,如图 3-3所示 。
IRSI1IgRe RPdI1nsVV dtj SnI012IbISP1CCSPI02图 3-3注入式异质结单模 LD的双端口大信号电路模型 在图 3-3中,R 表示LD芯片的接触电阻,虚线左面的部分表征有源区内LD电路特s性 。
对应式 3-3,I 与异质结电压V 的关系可以 。

52、用 3个元件来表征,分别是R 以及与R1 j e e18 18串联的两个二极管。
这两个二极管的PN结方程分别是 : VD1II exp ?13-6 D1 01VT22 暨南大学硕士学位论文 半导体激光器高速脉冲驱动电路的设计与实现 VD2II exp ?13-7 D2 02VTqv Na 0上述二式中 I 和 I 分别是二极管各自的反向饱和电流,且有 I,01 02 01nsqv N ?N a 0 AI,其中N 是 LD有源区净掺杂浓度,N 是平衡载流子密度 。
02 A 0ns?128.4 ?10 N V kT0 TR,V为热电压 。
e TI q01图 3-3虚线右面是表征LD光学特性的部分 。

53、,由于出射光强度必然和S 成正比,所n2以直接用S 来量化LD的出射光强度,图中I ?G ?S ,I? aI ?bI I。

来源：(未知)

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标题：半导体激光器|半导体激光器高速脉冲驱动电路的设计与实现( 七 )